(57)【要約】【解決課題】従来よりも効率的な活性化接合方法、装置を提供する。【解決手段】第１の金属帯及び第２の金属帯を一定の送り速度で移送し、第１の金属帯に対する第１主活性化領域、及び、第２の金属帯に対する第２主活性化領域に、活性化源からの衝突エネルギーを付与して第１の金属帯及び第２の金属帯を表面活性化し、接合領域で接合する金属クラッド帯の製造方法において、第１主活性化領域と接合領域との間の少なくとも一部の領域である第１副活性化領域と、第２主活性化領域と接合領域との間の領域の少なくとも一部の領域である第２副活性化領域の双方に対して、衝突エネルギーを追加的に付与する工程を有し、第１副活性化領域における積算エネルギーと第１主活性化領域における積算エネルギーとの比、及び、第２副活性化領域における積算エネルギーと第２主活性化領域における積算エネルギーとの比をいずれも２０〜５０％とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内で、第１の金属帯及び第２の金属帯を一定の送り速度で移送し、
前記第１の金属帯に対する第１主活性化領域、及び、前記第２の金属帯に対する第２主活性化領域に、活性化源からの衝突エネルギーを付与して前記第１の金属帯及び前記第２の金属帯を表面活性化し、
その後、接合領域にて前記第１の金属帯と前記第２の金属帯とを重ね合わせて接合する表面活性化接合による金属クラッド帯の製造方法において、
前記第１主活性化領域と前記接合領域との間の少なくとも一部の領域である第１副活性化領域と、前記第２主活性化領域と前記接合領域との間の領域の少なくとも一部の領域である第２副活性化領域の双方に対して、衝突エネルギーを追加的に付与する工程を有し、
第１副活性化領域における積算エネルギーと第１主活性化領域における積算エネルギーとの比、及び、第２副活性化領域における積算エネルギーと第２主活性化領域における積算エネルギーとの比をいずれも２０〜５０％とすることを特徴とする金属クラッド帯の製造方法。
【請求項２】
第１主活性化領域への衝突エネルギー付与ための第１の活性化源と、第２主活性化領域への衝突エネルギー付与ための第２の活性化源を配し、
更に、第１副活性化領域、及び、第２副活性化領域の双方に衝突エネルギーを付与するための第３の活性化源を配し、各活性化領域を表面活性化する請求項１記載の金属クラッド帯の製造方法。
【請求項３】
第１主活性化領域への衝突エネルギー付与ための第１の活性化源と、第２主活性化領域への衝突エネルギー付与のための第２の活性化源を配し、
前記第１の活性化源により、第１主活性化領域に位置する第１の金属帯を表面活性化させると共に第２副活性化領域に位置する第２の金属帯を表面活性化させ、
前記第２の活性化源により、第２主活性化領域に位置する第２の金属帯を表面活性化させると共に第１副活性化領域に位置する第１の金属帯を表面活性化する請求項１記載の金属クラッド帯の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の表面活性化接合方法に適用される装置であって、
第１の金属帯及び第２の金属帯がそれぞれ巻回された、第１の巻き出しリール及び第２の巻き出しリールと、
前記第１、第２の巻き出しリールから巻き出された第１、第２の金属帯をそれぞれ支持しつつ移送する１以上の第１、第２のガイドロールと、
第１、第２のガイドロールにより移送される第１、第２の金属帯を両者が重ね合わされた状態で圧下する圧接ロールと、を備え、
前記第１、第２のガイドロールは、第１、第２の金属板が略平坦な主活性化領域を形成するように配置されており、
更に、前記主活性化領域にある第１、第２の金属帯に衝突エネルギーを付与する第１及び第２の活性化源と、
前記主活性化領域と圧接ロールとの間の第１、第２の金属帯に衝突エネルギーを付与する第３の活性化源と、
を備える表面活性化接合装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項３記載の表面活性化接合方法に適用される装置であって、
第１の金属帯及び第２の金属帯がそれぞれ巻回された、第１の巻き出しリール及び第２の巻き出しリールと、
前記第１、第２の巻き出しリールから巻き出された第１、第２の金属帯をそれぞれ支持しつつ移送する１以上の第１、第２のガイドロールと、
第１、第２のガイドロールにより移送される第１、第２の金属帯を両者が重ね合わされた状態で圧下する圧接ロールと、を備え、
前記第１、第２のガイドロールは、第１、第２の金属板が略平坦な主活性化領域を形成するように配置されており、
前記主活性化領域にある第１、第２の金属帯、主活性領域と圧接ロールとの間の第１、第２の金属帯、そのいずれにも対し衝突エネルギーを付与できるように、その位置又は照射角度の少なくともいずれかが調節可能に設置された第１及び第２の活性化源を備える表面活性化接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面活性化接合の適用による帯状の金属クラッド材の製造方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面活性化接合（ＳＡＢ）は、真空中で被接合材料の接合面に原子ビーム、イオンビーム、プラズマ等を照射し、その衝突エネルギーにより表面上の酸化膜、水、汚染物（有機物等）を除去することにより、活性状態の原子を露出させ、その状態で直ちに接合を行う接合法である。この表面活性化接合は、上記のような接合機構に基づき、被接合材料を加圧や加熱することなく接合を可能にするものであり、加工・加熱により組織変化・相変態等が生じ得る金属材料の接合に好適である。また、この接合方法は、同種材料は勿論、異種材料の接合も可能とするものであり、更に、その形態も限定することはない。これらの利点から表面活性化接合は、例えば、配向度が調整された材料のように、熱により特性消失のおそれのある材料の接合に利用されている。
【０００３】
そして、表面活性化接合は、面間接合における接合性が良好であることから、帯状、テープ状のクラッド材料の製造に好適である。ここで、表面活性化接合を適用した帯状クラッド材の製造における具体的な工程としては、例えば、特許文献１記載の装置によるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−５５３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような表面活性化接合装置は、真空槽内に、接合する２種の金属帯を巻き付けた巻き出しリールと金属帯を接合するための圧接ロールを配し、更に、巻き出しリールから圧接ロールまでの間に適宜にロールを設置して金属帯を移送すると共に、金属帯表面を活性化させるための活性化源となる原子ビーム、イオンビーム銃等が設置される。
【０００６】
ところで、表面活性化接合においては、接合面の十分な表面活性化が必要であるから、上記のような表面活性化接合装置では、金属帯の移送を一定時間停止して表面活性化を行い、表面活性化が完了した後に接合を行うバッチ方式の接合が最適といえる。ところが、このバッチ方式においては、活性化された領域を隙間なく繋げながら接合する繊細な位置調整が必要であり、また、製造効率に優れるものではないから、長尺のクラッド材を製造するには不向きな方法である。
【０００７】
また、上記バッチ方式に対して連続方式、即ち、金属帯の移送を一定速で連続的に行い、表面活性化を行いつつ移送して接合する方法も可能である。しかし、この場合、十分表面活性化を行うために金属帯の移送速度を遅くする必要が生じ、これも製造効率を低下させる。
【０００８】
そこで本発明は、活性化接合によりクラッド材を製造する方法において、製造効率に優れ、長尺のクラッド材を製造することができる方法、及び、そのための装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来の活性化接合の工程において、金属帯の移送を連続的且つ高速なものとして活性化することは、活性化源の改良や活性化条件の最適化といった試行により対応可能といえる。本発明者等も、活性化源として高速原子衝撃ビーム（ＦＡＢ）を適用した予備的試験を行っており、移送速度を高速としても十分な表面活性化ができることを確認している。
しかしながら、本願発明者等によると、この予備的試験において、十分な表面活性化はできても接合が不十分な場合があり、接合強度が不足することが確認されている。
【００１０】
本発明者等は、上記のような表面活性化が十分になされているにもかかわらず、接合が困難となる現象の要因について検討した。その結果、表面活性化により除去された酸化膜等の不純物が活性表面近傍に残り、これが早い移送速度によりそのまま接合領域まで同伴しつつ活性表面に再吸着するとの見解に達した。そして、本発明者等は、かかる不純物の再吸着の影響を考慮しつつ、接合時の金属帯の表面活性を回復させることが必要であるとして、本願発明に想到した。
【００１１】
即ち、本発明は、真空槽内で、第１の金属帯及び第２の金属帯を一定の送り速度で移送し、前記第１の金属帯に対する第１主活性化領域、及び、前記第２の金属帯に対する第２主活性化領域に、活性化源からの衝突エネルギーを付与して前記第１の金属帯及び前記第２の金属帯を表面活性化し、その後、接合領域にて前記第１の金属帯と前記第２の金属帯とを重ね合わせて接合する表面活性化接合による金属クラッド帯の製造方法において、前記第１主活性化領域と前記接合領域との間の少なくとも一部の領域である第１副活性化領域と、前記第２主活性化領域と前記接合領域との間の領域の少なくとも一部の領域である第２副活性化領域の双方に対して、衝突エネルギーを追加的に付与する工程を有し、第１副活性化領域における積算エネルギーと第１主活性化領域における積算エネルギーとの比、及び、第２副活性化領域における積算エネルギーと第２主活性化領域における積算エネルギーとの比をいずれも２０〜５０％とすることを特徴とする金属クラッド帯の製造方法である。
【００１２】
本発明は、被接合材である各金属帯の双方について、表面活性化を行う活性化領域と接合領域との間の領域についても表面活性化処理を行うものである。このような副活性化領域に追加的な表面活性化処理を行うことにより、主活性化領域で一旦分離した不純物が金属帯に同伴し再び吸着するような場合でも、活性状態を維持することができ、その後の接合も良好なものとなる。
【００１３】
ここで、追加的な表面活性化処理は、各金属帯の第１及び第２の主活性化領域における表面活性化よりも軽度の条件のものである。これまで説明した再吸着し得る不純物は、量的にはさほどのものではないことから、比較的軽度の表面活性化で表面活性の回復が可能だからである。また、この追加的表面活性化処理は、主活性化領域における表面活性化と同じく、材料表面に衝突エネルギーを付与するものであり、必要以上の表面活性化は材料表面を損傷するおそれがある。そこで、本発明では追加的表面活性化の程度として、第１副活性化領域における積算エネルギーと第１主活性化領域における積算エネルギーとの比、及び、第２副活性化領域における積算エネルギーと第２主活性化領域における積算エネルギーとの比が、いずれも２０〜５０％となるようにする。本発明において、各活性化領域における積算エネルギーとは、活性化される面が受ける衝突エネルギーと照射時間との積で定義されるものであるが、以下に説明する具体的な態様により調整することができる。
【００１４】
本発明の追加的表面活性化処理を有する表面活性化接合方法の具体的なものとしては、まず、従来と同様に、第１主活性化領域への衝突エネルギー付与のための第１の活性化源と、第２主活性化領域への衝突エネルギー付与のための第２の活性化源を配し、更に、追加の（第３の）活性化源を配するものである。この追加される活性化源は、第１副活性化領域と第２副活性化領域の双方に衝突エネルギーを付与するものである。そして、それぞれの活性化源により、各活性化領域を表面活性化するものである。
【００１５】
この場合における主活性化領域、副活性化領域における積算エネルギーの調整は、各領域に対する活性化源の出力及び照射時間を変化させることで対応可能である。即ち、各活性化源について、その出力・照射時間の一方又は双方を調整して、両者の積が所定の範囲内になるようにすることで、積算エネルギーを調整する。
【００１６】
また、上記のような追加の活性化源は必ずしも必須ではない。高速原子衝撃ビームによる表面活性化は、直進性のビームを広範囲に照射することができ、活性化源及び被活性化材の配置や照射角度の調整により複数の領域を照射することができる。そこで、第１主活性化領域への衝突エネルギー付与ための第１の活性化源と、第２主活性化領域への衝突エネルギー付与ための第２の活性化源の２つの活性化源のみを配しても本発明に係る接合方法を実施できる。このとき、第１の活性化源により、第１の主活性化領域に位置する第１の金属帯を表面活性化させると共に第２副活性化領域に位置する第２の金属帯を表面活性化させ、同時に、記第２の活性化源により、第２の主活性化領域に位置する第２の金属帯を表面活性化させると共に第１副活性化領域に位置する第１の金属帯を表面活性化する。
【００１７】
活性領域における表面活性化及び追加的表面活性化を行った後の金属帯の接合は、加圧しても良いが実質的に無加圧でも可能である。接合に要する加圧力の低さは表面活性化接合における利点である。本発明においては、追加的表面活性化により十分に表面活性された状態での接合が可能であり、０．２５ＭＰａ以下の極低加重での接合が可能である。
【００１８】
尚、本発明を適用する金属帯の構成材料については特に限定されるものではない。第１及び第２の金属帯について、異種材料を適用しても良いし、同種材料を適用しても良い。尚、異種材料を接合する場合、各金属帯に対する活性化条件が相違することもあるが、その場合の主活性化領域と副活性化領域における積算エネルギーの比は、双方が上記の範囲内にあれば良い。
【００１９】
また、上記のように本願発明は、金属帯を連続的且つ高速で移送する際の接合性を改良するものである。この金属帯の移送速度の下限は、５ｍ／ｈとするのが好ましい。これ未満では本願発明が目指す効率的製造に値しないからである。また、移送速度の上限は特に限定されるものではなく、装置の規模や活性化源の出力により調整が可能であり、それらにより５００ｍ／ｈまでの高速化が可能である。
【００２０】
そして、本発明に係る表面活性化接合装置は、上記の追加的表面活性化処理のための活性化源の配置により以下の２種のものである。第１の表面活性化接合装置は、第１の金属帯及び第２の金属帯がそれぞれ巻回された、第１の巻き出しリール及び第２の巻き出しリールと、前記第１、第２の巻き出しリールから巻き出された第１、第２の金属帯をそれぞれ支持しつつ移送する１以上の第１、第２のガイドロールと、第１、第２のガイドロールにより移送される第１、第２の金属帯を両者が重ね合わされた状態で圧下する圧接ロールと、を備え、前記第１、第２のガイドロールは、第１、第２の金属板が略平坦な主活性化領域を形成するように配置されており、更に、前記主活性化領域にある第１、第２の金属帯に衝突エネルギーを付与する第１及び第２の活性化源と、前記主活性化領域と圧接ロールとの間の第１、第２の金属帯に衝突エネルギーを付与する第３の活性化源と、を備える表面活性化接合装置である。
【００２１】
この装置は、第１、第２の活性化領域を表面活性化するための活性化源に加え、追加的表面活性化処理を行うための第３の活性化源を備えるものである。
【００２２】
また、上記のように、追加的表面活性化のための活性化源は必須のものではない。即ち、第２の表面活性化接合装置は、第１の金属帯及び第２の金属帯がそれぞれ巻回された、第１の巻き出しリール及び第２の巻き出しリールと、前記第１、第２の巻き出しリールから巻き出された第１、第２の金属帯をそれぞれ支持しつつ移送する１以上の第１、第２のガイドロールと、第１、第２のガイドロールにより移送される第１、第２の金属帯を両者が重ね合わされた状態で圧下する圧接ロールと、を備え、前記第１、第２のガイドロールは、第１、第２の金属板が略平坦な主活性化領域を形成するように配置されており、前記主活性化領域にある第１、第２の金属帯、主活性領域と圧接ロールとの間の第１、第２の金属帯、そのいずれにも対し衝突エネルギーを付与できるように、その位置又は照射角度の少なくともいずれかが調節可能に設置された第１及び第２の活性化源を備える表面活性化接合装置である。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、表面活性化接合によるクラッド材の製造方法において、製造効率に優れ、長尺のクラッド材を製造することができる。尚、本発明における活性化源としては、原子ビーム（高速原子衝撃ビーム）、イオンビーム等が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る表面活性化接合装置の構成。
【図２】第２実施形態における活性化源（原子銃）の位置調整によるビーム分割を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
第１実施形態：図１は、本実施形態に係る表面活性化接合装置の構成を示すものである。この表面活性化接合装置では、第１、第２の金属帯Ｍ１、Ｍ２が巻回された巻き出しリール１０、２０を備える。巻き出しリール１０、２０から巻き出された金属帯Ｍ１、Ｍ２は、それぞれのガイドロール１１、１２及び２１、２２により一定速度で移送され、圧接ロール３０、３０’により両者を重ね合わせて接合する。接合されたクラッド材は、巻き取りリール４０により回収される。これら巻き出し・巻き取りリール、ガイドロール、圧接ロールは個々に駆動モータ（図示せず）により回転数を制御することができる。
【００２６】
そして、金属帯Ｍ１、Ｍ２を表面活性化するための第１、第２の活性化源である原子銃５０，６０が設置されている。このとき、ガイドロール１１、１２及び２１、２２によって支持される金属帯Ｍ１、Ｍ２は、各ガイドロール間でその表面が第１、第２の原子銃５０，６０に対向するようになっており、第１、第２主活性化領域を形成する。また、本実施形態に係る表面活性化接合装置には、第１、第２主活性化領域を経て接合ロールに到達するまでの金属帯Ｍ１、Ｍ２の双方の表面について追加的表面活性化処理するための第３の活性化源である原子銃７０が設置される。原子銃５０，６０，７０は、その位置及び角度が調整できるようになっており、金属帯Ｍ１、Ｍ２に対する照射距離及び照射角度を変化させることができる。
【００２７】
以上の各構成部材は、真空ポンプに接続された真空槽１００の内部に設置される。そして、巻き出しリール１０、２０、ガイドロール１１、１２、２１、２２、圧接ロール３０、３０’、及び巻き取りリール４０の回転速度（移送速度）や、原子銃５０、６０、７０の出力等の接合条件は、真空槽外部の制御板（図示せず）により任意に調節可能となっている。本実施形態に係る表面活性化接合装置における各種条件の設定可能範囲は以下の通りである（括弧内は好ましい範囲）。
【００２８】
移送速度（Ｓ）：８〜８０ｍ／ｈ（８〜４０ｍ／ｈ）
照射距離（Ｌ）：８０〜２４０ｍｍ（８０〜１６０ｍｍ）
照射角度（θ）：−８〜＋３０°（＋１２〜＋３０°）
圧接力（Ｐ）  ：２０００〜１００００Ｎ（６０００〜１００００Ｎ）
原子銃出力（電流値（Ａ））：１００〜６００ｍＡ（５００〜６００ｍＡ）
真空度：５×１０−５Ｐａ以下
＊照射角度は、水平方向を０°とし、金属帯の移送方向へ傾斜したときを＋とする
【００２９】
この表面活性化接合装置を用いて、各種金属帯の接合を行いクラッド材を製造した。そして、製造したクラッド材について、接合強度（剥離強度）を評価した。接合強度の評価は、引張り試験機を用いた剥離試験にて行った。各実施例における条件及び評価結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2010269323.tif 000003
【００３１】
本実施形態では、移送速度が一定であり、また、各原子銃は連続的にビームを放射するものであり、主活性化領域と副活性化領域との積算エネルギー比が各原子銃の出力比に対応している。表１から、各実施例のように第３の原子銃による表面活性化を行って接合を行うことで接合強度の高いクラッド材を製造することができる。この効果は、同種・異種材料のいずれの接合においても同様である。
【００３２】
第２実施形態：ここでは、第１実施形態の表面活性化接合装置において、副活性化領域の活性化処理を行うにあたり、第３の原子銃７０は使用せずに（取外して）、第１、第２の原子銃５０、６０のみで表面活性化を行った。従って、ここでの表面活性化接合装置の構成は、第１実施形態の装置に対して、第３の原子銃７０がない点のみが相違し、その他は第１実施形態と同様である。また、その各種条件の設定可能範囲も同様である。
【００３３】
この実施形態は、第１、第２の原子銃の間隔を変更し、これらからの高速原子衝撃ビームが、第１、第２主活性領域の金属帯を表面活性化すると同時に、各活性領域と圧接ロールとの間の金属帯も表面活性化できるようになっている。図２は、第２実施形態における活性化源の位置調整と表面活性化について説明する図である。図２からわかるように、本実施形態に係る表面活性化接合装置では、第１金属帯、第２金属帯をそれぞれ２つのガイドロール（１１、１２、２１、２２）にて支持し、これらのガイドロールで支持された金属帯が活性化源に対向するようにし、主活性化領域を形成する。そして、主活性化領域を経過した金属帯は、後段のガイドロール（１２、２２）で屈曲し、両者の間にある圧接ロール３０、３０’へ移送される。本実施形態では、第１、第２活性化源５０、６０の間隔を第１実施形態よりも小さくし（照射角度はそのまま）、原子ビーム光束（図２の点線）の中心線が、後段のガイドロール（１２、２２）の金属帯が屈曲する部分における接線と重なるようにしている。
【００３４】
このようにすることで、各原子銃からの原子ビームの５０％が主活性領域を照射し、５０％が副活性化領域を照射する。このとき、副活性化領域に向かう原子ビームは交差しており、この領域においては原子ビームの散乱が一部で生じるため金属帯表面上の積算エネルギーは主活性化領域よりも低くなる。尚、上記のような原子ビーム光束の中心線の調整による原子ビームの分割は、本実施形態のように、５０％：５０％とするのが最も好ましいが、主活性領域：副活性化領域で５０％：５０％〜７０％：３０％と主活性領域側への照射量を多少増加させても良い。
【００３５】
本実施形態に係る表面活性化接合装置を用いて、各種金属帯の接合を行いクラッド材を製造した。そして、製造したクラッド材について、接合強度（剥離強度）を評価した。接合強度の評価は、第１実施形態と同様である。各実施例における条件及び評価結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
表２から、追加的な原子銃を用いない場合であっても副活性領域を活性化することで接合強度の改善が見られることがわかる。また、異種材料（Ｃｕ／ＳＵＳ）においては、接合強度がやや劣るが、同種材料（Ｃｕ／Ｃｕ）においては、第１実施形態と同様の接合強度を有する。本実施形態は、同種材料の接合に際し、高価な原子銃を追加することなく良好な接合状態を得る上で有効なものである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る表面活性化接合方法及びその装置は、製造効率に優れ、長尺のクラッド材であっても接合強度に優れたものを製造することができる。本発明は、例えば、超電導材料を複合化したクラッド材料等に適用が期待できる。
【図１】
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【図２】
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